312_毛祖棋_汽车离合器分离拨叉结构设计优化

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1、Altair2010HyperWorks技术大会论文集汽车离合器分离拨叉结构设计优化毛祖棋贺雄伟王泽贵格特拉克江西传动系统有限公司南昌330044摘要：运用AltairHyperWorks的OptiStruct优化模块，首先对汽车离合器分离拨叉的结构进行力学分析，然后对此拨叉进行了拓扑和形状优化设计。经过优化设计后，实践应用表明，该优化设计方案在满足拨叉强度和刚度的条件下，降低了零件重量，节约了生产成本。关键词：OptiStruct，汽车，分离拨叉，优化1概述通过应用计算机仿真技术，在生产制造前的设计阶段，运用现代技术充分反映设计结构

2、特点，再利用计算机通过工程优化分析软件快速有效地模拟、揭示产品在各种工况下的状态，可以使工程师及时进行结构优化。本文应用HyperMesh软件对汽车离合器分离拨叉的结构进行了分析，并利用分析结果对离合器拨叉结构进行了拓扑和形状优化设计，增强了产品的市场竞争力。HyperWorks分析流程：HyperWorks有限元分析流程如图1所示。在建立有限元模型时需注意以下几个问题：（1）在导入CAD几何模型时，要对几何模型进行必要的几何清理（如去除倒角、工艺孔等），这样可减少数据转换时的数据丢失。（2）如果导入的是规模较大的实体薄壁类零件模型，

3、可对模型使用中面抽取功能。（3）正确选择单元类型，处理好网格质量。导入3D几何模型创建载荷集设置计算参数利用OptiStruct创建材料、组件集施加载荷求解器进行拓扑和形状求解有限元网格划分与处理建立载荷工况结果后处理图1HyperWorks分析流程-1-Altair2010HyperWorks技术大会论文集2分离拨叉有限元模型的建立结合分离拨叉的二维图纸和实际形状，利用ProE软件建立该拨叉的三维实体模型，如图2所示。利用ProE软件与HyperMesh软件之间的接口技术，把建立的实体模型转化到HyperMesh中去，建立拨叉的有限

4、元模型，如图3所示。该支架的重量为0.78kg，体积为9.9×10-5m3，额定载荷为1307N。该拨叉采用铸钢为材料，单元尺寸大小为3mm，单元类型为四面体，共有34697个节点，19246个单元。计算中所用的材料参数为ZG310-570，其弹性模量为180GPa，泊松比为0.3，抗位强度为570MPa，疲劳强度为310MPa。图2拨叉模型图3划分网格后的模型3拨叉有限元分析在做拨叉静力强度分析时，在拨叉的2个固定孔和支点处施加相应固定约束，在受力端施加一个实际测量1307N的集中力。该状态为拨叉受力的极限状态，用它来代替拨叉的动态

5、分析。该拨叉的边界条件如图4所示。反面支点约束图4拨叉边界条件-2-Altair2010HyperWorks技术大会论文集拨叉在边界条件下的应力及位移分布如图5所示。a)正面应力b)反面应力c)位移图5拨叉应力和位移分布图由图5可知，在临界状态下，最大应力在中间弯曲变化处为143MPa左右，未超出铸钢材料的疲劳和强度极限。其余部分应力在40～90MPa。从右图3c中可知，最大位移在受力端为0.56mm左右。4拨叉结构的拓扑和形状优化设计首先对拨叉结构进行总体评价，由于此拔叉厚重，因此为了减轻其重量，先对其给定的设计区域求出最优的材料分

6、布，即进行拓扑优化，如图6所示。将拨叉分为设计区域和非设计区域，设计区域（红色部位）是可以进行结构优化的部分，非设计区域（蓝色部分）是不改变结构的区域。本次优化主要是在保证分离拨叉强度和刚度满足要求的情况下，对拨叉结构进行减重优化，因此，拓扑优化的约束条件是受力端最大位移为0.8mm，最大应力不超过170MPa，其目标是重量最轻。图7为拓扑之后可去掉材料区域（蓝色部位）。设计区域非设计区域图6优化区域图7拓扑材料去除区域-3-Altair2010HyperWorks技术大会论文集结合拨叉拓扑优化结果，对新结构模型静力学分析，其应力和位

7、移分布如图8，从图8中可以看出，最大应力在中间弯曲变化处为142MPa左右，未超出材料的疲劳和强度极限。最大位移在受力端为0.57mm左右。a)正面应力b)反面应力c)位移图8拓扑优化之后的应力和位移分布a)正面应力b)反面应力c)位移图9形状优化之后的应力和位移分布拓扑优化之后，为了进一步减小应力集中，增加拔叉刚度，达到最优的结构，再对拔叉进行形状优化。其约束条件是受力端最大位移为0.8mm，最大应力不超过170MPa，其目标是重最轻。-4-Altair2010HyperWorks技术大会论文集图10形状优化厚度变化图10红色区域表

8、示尺寸减少部位，最大为5mm。对最终模型进行静力学分析，其结果从图9中可以看出，最大应力在中间弯曲变化处，为140MPa左右，未超出材料的疲劳和强度极限。最大位移在受力端为0.74mm左右。为了有一个全面的对比，表一给出